RU2339031C1

RU2339031C1 - Method of two-channel ultrasonic control of welded connections with technological poor penetration of joint parts

Info

Publication number: RU2339031C1
Application number: RU2007113541/28A
Authority: RU
Inventors: кин Владимир Тимофеевич Прон (RU); Владимир Тимофеевич Пронякин; Михаил Юрьевич Васильев (RU); Михаил Юрьевич Васильев; Юрий Николаевич Панченко (RU); Юрий Николаевич Панченко; Павел Борисович Иваненко (RU); Павел Борисович Иваненко
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2008-11-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: using direct and inclined ultrasonic converters simultaneous scanning of across welded joint at pitch smaller than ultrasonic beam diameter is used. Echo signal propagation time through first and second channel is recorded. Total sequence of two-dimensional control zone section images are reconstructed on display and applied to form first channel echo signal images of welded joint in the form of colour lines, line of maximum allowed processing poor penetration, as well as image of junction top with poor penetration. Signals of the second channel are applied to form pre-scaled curve with colour code points of which correspond to pulse time position reflected from poor penetration top area. Peak pulse is computer calculated, designated as the other colour. Ultrasonic image of the whole dimension of welded joint is obtained by combining tails of previous V-scans and beginning of the following V-scans.

EFFECT: higher accuracy and reliability of poor penetration dimension evaluation and simplification of evaluating operation of flaw detector.

3 dwg

Description

Изобретение относится к ультразвуковой дефектоскопии сварных соединений и может быть использовано в различных отраслях промышленности для определения качества продукции при контроле по ультразвуковым изображениям. Конструкция сварных соединений с технологическим непроваром используется в различных отраслях промышленности. Методы контроля качества этих соединений требуют дальнейшего совершенствования, поэтому предлагаемый способ является актуальным.The invention relates to ultrasonic flaw detection of welded joints and can be used in various industries to determine product quality during inspection by ultrasound images. The design of welded joints with technological lack of fusion is used in various industries. The quality control methods of these compounds require further improvement, therefore, the proposed method is relevant.

Известен способ контроля изделий по ультразвуковым изображениям при В и С - сканировании. При В-сканировании реконструируют ультразвуковое сечение сварного шва (Патент РФ №2011194, G01N 29/04, Маслов К.М. и др., Б.И. №7, 15.04.94). Контроль по этому способу осуществляют следующим образом: объект контроля помещают под ультразвуковым преобразователем, анализируют форму сигнала, выбирают процедуру получения изображения, по которому оценивают качество объекта контроля.A known method of monitoring products by ultrasound images at B and C - scan. During B-scanning, the ultrasonic section of the weld is reconstructed (RF Patent No. 20111194, G01N 29/04, Maslov K.M. et al., B.I. No. 7, 04/15/94). The control by this method is carried out as follows: the control object is placed under the ultrasonic transducer, the waveform is analyzed, the image acquisition procedure is selected, by which the quality of the control object is evaluated.

Недостатком этого устройства является то, что нахождение максимальных размеров дефекта по изображениям, полученным при В-сканировании, проводят с перестройкой режимов контроля. При таком способе на измерение размера дефекта затрачивается около 5 минут, что недопустимо для 100% контроля серийных изделий.The disadvantage of this device is that finding the maximum size of the defect in the images obtained during the B-scan is carried out with the restructuring of the control modes. With this method, it takes about 5 minutes to measure the size of the defect, which is unacceptable for 100% control of serial products.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ультразвуковому способу контроля является выбранный в качестве прототипа "Ультразвуковой способ контроля изделий и материалов" (Патент РФ №2179313, G01N 29/06, 29/04, Пронякин В.Т и др., Б.И. №4, 10.02.2002). Контроль по этому способу осуществляют следующим образом: сканируют ультразвуковым преобразователем по профилю объекта контроля, регистрируют амплитуды и координаты эхо-сигналов, обрабатывают данные на компьютере и получают на дисплее двумерные ультразвуковые изображения сечений зоны контроля, которые суммируют в одно изображение и, при наличии на нем дефекта, "полистно" просматривают все изображения и по ним оценивают наличие и размер дефектов.The closest in technical essence to the proposed ultrasonic control method is selected as a prototype "Ultrasonic method for monitoring products and materials" (RF Patent No. 2179313, G01N 29/06, 29/04, V. Pronyakin et al., B.I. No. 4, 02/10/2002). Control by this method is carried out as follows: scan the ultrasound transducer along the profile of the control object, record the amplitudes and coordinates of the echo signals, process the data on a computer and receive on the display two-dimensional ultrasound images of the cross-sections of the control zone, which are summed into one image and, if there is one defect, “leaf through” all images and look at them to assess the presence and size of defects.

Существенным недостатком этого способа является невозможность с необходимой точностью суммировать изображения сварных швов с технологическим непроваром, поскольку даже при одинаковой величине непровара амплитуды принятых сигналов зависят еще от формы, толщины, шероховатости и других параметров непровара, поэтому суммарное изображение имеет некоторую размытость и как результат получают существенное значение погрешности в определении величины непровара. Кроме того, влияет субъективный фактор оценки погрешности дефектоскопистом. Этот эффект особенно проявляется в тонкостенных (0,5-5 мм) изделиях.A significant drawback of this method is the impossibility to summarize the images of welds with technological imperfection with the necessary accuracy, since even with the same amount of imperfection, the amplitudes of the received signals also depend on the shape, thickness, roughness, and other parameters of imperfection, therefore, the total image has some blur and as a result, a significant the value of the error in determining the value of lack of penetration. In addition, the subjective factor of the error estimation by the flaw detector influences. This effect is especially evident in thin-walled (0.5-5 mm) products.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и надежности определения величины непроваров, а также упрощение оценочной работы дефектоскописта, что особенно важно при работе с особо вредными и ценными материалами.The technical task of the invention is to increase the accuracy and reliability of determining the magnitude of lack of penetration, as well as simplifying the evaluation work of a flaw detector, which is especially important when working with particularly harmful and valuable materials.

Поставленная задача решается тем, что способ двухканального ультразвукового контроля сварных соединений с технологическим непроваром соединяемых деталей заключается в том, что сканируют ультразвуковым пучком по профилю сварного соединения, регистрируют эхо-сигналы, обрабатывают данные на компьютере и получают на дисплее двумерные ультразвуковые изображения В-сканов зоны контроля, причем одновременно сканируют прямым и наклонным ультразвуковыми преобразователями (ПЭП₁ и ПЭП₂) поперек сварного соединения с шагом меньше диаметра ультразвукового пучка и регистрируют время распространения эхо-сигналов по первому ПЭП₁ и по второму ПЭП₂ каналу, реконструируют на дисплее суммарную последовательность двумерных изображений сечений зоны контроля, на которых по эхо-сигналам первого канала формируют изображения наружной и внутренней поверхностей сварного соединения в виде цветных линий, линию максимально допустимого технологического непровара, а также изображение вершины непроваренной части стыка и по сигналам второго канала формируют в заданном масштабе кривую с цветным кодом, точки которой соответствуют временному положению импульсов, отраженных от зоны вершины непровара, и с помощью программного обеспечения вычисляют максимальный по амплитуде импульс, обозначают его другим цветом, а ультразвуковое изображение всего объема сварного шва получают соединением концов предыдущих В-сканов с началом последующих В-сканов.The problem is solved in that the method of two-channel ultrasonic testing of welded joints with technological lack of penetration of the parts to be joined consists in scanning an ultrasonic beam along the profile of the welded joint, registering echo signals, processing the data on a computer and receiving on the display two-dimensional ultrasound images of B-scans of the zone control, and simultaneously scan the straight and oblique ultrasonic transducers (probe ₁ and probe ₂₎ across the weld joint with a step smaller than the diameter st of an ultrasonic beam and record the time of propagation of the echo signals of the first probe ₁ and the second probe ₂ channel is reconstructed on the display the total sequence of two-dimensional images of cross sections of the control zone, in which by echo signals of the first channel is formed image outer and inner surfaces of the welded joint in the form of colored lines, the line of the maximum allowable technological lack of fusion, as well as the image of the top of the undigested part of the joint and form a curve with the color code, the points of which correspond to the temporary position of the pulses reflected from the zone of the lack of penetration, and using software calculate the maximum pulse in amplitude, designate it with a different color, and the ultrasound image of the entire volume of the weld is obtained by connecting the ends of the previous B-scans with the beginning of subsequent B scans.

При этом ультразвуковые пучки, излучаемые ПЭП₁ и ПЭП₂, пересекаются на уровне нормативной глубины проплавления, а траектория сканирования и способ формирования изображения обеспечивают непрерывную последовательную запись всех сечений зоны контроля.In this case, the ultrasonic beams emitted by the probe ₁ and probe ₂ intersect at the level of the standard penetration depth, and the scanning path and the image formation method provide continuous sequential recording of all sections of the control zone.

На фиг.1 приведена схема двухканального ультразвукового способа контроля сварных соединений с технологическим непроваром соединяемых деталей, реализованного, например, путем сканирования поперечного сварного шва трубы, совершающей вращение вокруг продольной оси;Figure 1 shows a diagram of a two-channel ultrasonic method for controlling welded joints with technological lack of penetration of joined parts, realized, for example, by scanning a transverse weld of a pipe that rotates around a longitudinal axis;

а - схема контроля,a is a control scheme,

б - ультразвуковое изображение,b - ultrasound image

где 1 - труба со сварным швом; 2 - сварной шов; 3 - сканер; 4 - ультразвуковой интроскоп; 5 - ультразвуковые преобразователи ПЭП₁ и ПЭП₂; 6, 7 - изображение поверхностей сварного шва; 8 - уровень максимально допустимого непровара; 9 - изображение вершины непровара по первому каналу; 10 - кривая временного положения импульсов, отраженных от зоны непровара по второму каналу; 11 - монитор; 12 - изображение тени от непровара; 13 - вершина непровара; 14 - максимум импульсов, отраженных от вершины непровара по второму каналу; h - величина проплавления.where 1 is a pipe with a weld; 2 - weld; 3 - scanner; 4 - ultrasound introscope; 5 - ultrasonic transducers PEP ₁ and PEP ₂ ; 6, 7 - image of the surfaces of the weld; 8 - level of maximum permissible lack of penetration; 9 - image of the lack of penetration through the first channel; 10 - curve of the temporary position of the pulses reflected from the zone of lack of penetration through the second channel; 11 - monitor; 12 - image of shadow from lack of fusion; 13 - top of lack of penetration; 14 - maximum pulses reflected from the top of lack of penetration through the second channel; h is the penetration value.

На фиг.2 приведено В-изображение вершины непровара и поверхности сварного соединения на стандартном образце (по первому каналу). По второму каналу записано на это же изображение поле ультразвуковых волн, отраженных от боковой поверхности непровара. Определение максимальных значений амплитуд проводят оператором по цвету изображений 15 и 16 непровара, руководствуясь таблицей соответствия цветов и амплитуд.Figure 2 shows a B-image of the top of the lack of penetration and the surface of the welded joint on a standard sample (along the first channel). On the second channel, the field of ultrasonic waves reflected from the lateral surface of lack of penetration is recorded on the same image. The determination of the maximum values of the amplitudes is carried out by the operator according to the color of the images 15 and 16 of lack of fusion, being guided by the table of correspondence of colors and amplitudes.

На фиг.3 представлено суммарное по двум каналам ультразвуковое изображение последовательности сечений сварного соединения (LB-сканы), где 17 - изображение вершины непровара по первому каналу.Figure 3 presents the total ultrasound image over two channels of the sequence of sections of the welded joint (LB scans), where 17 is the image of the lack of penetration through the first channel.

Для повышения точности отсчета величины непровара на изображениях по первому и второму каналам с помощью разработанного программного обеспечения автоматически определяют максимумы отражения от непровара на стандартном образце и эти изображения максимальных точек устанавливают на уровне допустимого технологического непровара. Элементы изображения имеют различные цвета: внешняя и внутренняя поверхности сварного шва 6, 7 обозначены соответственно, например, синим и зеленым цветом; уровень максимально допустимого непровара 8 имеет, например, красный цвет; вершина непровара 14, 17 по двум каналам обозначена, например, желтым цветом; кривая временного положения импульсов, отраженных от зоны непровара 10, обозначена точками, например, синего цвета.To increase the accuracy of reading the magnitude of lack of fusion in the images on the first and second channels, using the developed software, the maximums of reflection from lack of fusion on a standard sample are automatically determined and these images of maximum points are set at the level of permissible technological lack of fusion. Image elements have different colors: the outer and inner surfaces of the weld 6, 7 are indicated, for example, in blue and green; the maximum permissible lack of penetration 8 is, for example, red; the apex of lack of penetration 14, 17 in two channels is indicated, for example, in yellow; the curve of the temporary position of the pulses reflected from the zone of lack of fusion 10 is indicated by dots, for example, blue.

Способ двухканального ультразвукового контроля сварных соединений с допустимым непроваром соединяемых деталей осуществляют следующим образом.The method of two-channel ultrasonic testing of welded joints with permissible lack of fusion of the connected parts is as follows.

Контролируемую трубу 1 со сварным швом 2 помещают в сканер 3, шаговые двигатели которого под управлением интроскопа 4 вращают трубу и возвратно-поступательно перемещают ультразвуковые преобразователи 5 вдоль образующей трубы так, что весь объем сварного шва озвучивается ультразвуковыми пучками. Принимаемые сигналы по первому каналу обрабатывают и используют для реконструкции ультразвуковых изображений поверхностей 6, 7 и линии максимально допустимого непровара 8, а также изображения вершины непровара 9, которая наблюдается, если радиус вершины непроплавленной части r>λ/2, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний. Минимальное время прихода сигналов, отраженных от вершины непровара по второму каналу, является параметром, который обрабатывается в вычислительном блоке интроскопа для построения изображения кривой временного положения импульсов 10. Поскольку минимальное время t распространения ультразвукового импульса соответствует совмещению акустической оси пучка с зоной вершины непровара, и при этом амплитуда отраженного импульса максимальна (точка 14 на кривой 10), то t_min=φ(h), где h - глубина проплавления. Если точка 14 кривой 10 выше линии 8, то есть h меньше допустимого значения, то сварной шов бракуется. Одновременное вращение трубы и ультразвуковых преобразователей обеспечивает траекторию сканирования и способ формирования изображения, представляющего непрерывную последовательность всех сечений зоны контроля.The controlled pipe 1 with a weld 2 is placed in the scanner 3, the stepper motors of which, under the control of the introscope 4, rotate the pipe and move the ultrasonic transducers 5 along the generatrix so that the entire volume of the weld is voiced by ultrasonic beams. The received signals along the first channel are processed and used to reconstruct ultrasonic images of surfaces 6, 7 and the line of the maximum allowable lack of fusion 8, as well as the image of the peak of lack of fusion 9, which is observed if the radius of the peak of the unmelted part is r> λ / 2, where λ is the wavelength of ultrasonic fluctuations. The minimum time of arrival of signals reflected from the apex of the lack of penetration through the second channel is a parameter that is processed in the computational unit of the introscope to construct an image of the curve of the temporal position of pulses 10. Since the minimum propagation time t of the ultrasonic pulse corresponds to the combination of the acoustic axis of the beam with the apex of the lack of penetration, and for the amplitude of the reflected pulse is maximum (point 14 on curve 10), then t _min = φ (h), where h is the penetration depth. If point 14 of curve 10 is above line 8, that is, h is less than the permissible value, then the weld is rejected. The simultaneous rotation of the pipe and ultrasonic transducers provides a scanning path and an image forming method representing a continuous sequence of all sections of the control zone.

Поскольку определение величины непровара осуществляют по времени распространения импульса до вершины непровара части стыка, то погрешность оценки h не зависит от флуктуации амплитуды отраженного сигнала и поэтому эта погрешность в 2-3 раза меньше, чем при оценки h по амплитуде. Кроме того, двухканальное определение наличия непровара повышает надежность в √2 раз, а наличие линии уровня 8 и кривой временного положения вершины непровара 10 не только упрощает проведение оценки непровара, но и повышает точность, даже при отсутствии изображения 15 вершины непровара части стыка по первому каналу.Since the determination of the lack of penetration is carried out by the propagation time of the pulse to the top of the lack of penetration of the joint part, the error in estimating h does not depend on fluctuations in the amplitude of the reflected signal, and therefore this error is 2–3 times smaller than in estimating h in amplitude. In addition, the two-channel determination of the lack of lack of penetration increases the reliability by √2 times, and the presence of a level 8 line and a curve of the temporary position of the top of the lack of penetration 10 not only simplifies the assessment of lack of penetration, but also improves the accuracy, even in the absence of an image of the top 15 of the incomplete lack of penetration along the first channel .

Предложенный способ проверен на поперечных стыковых швах труб толщиной 2 мм. Полученное ультразвуковое изображение представлено на фиг.3, по которому видно, что величина непровара превысила допустимое значение 50% на участке 2 строк (~1 мм).The proposed method is tested on the transverse butt welds of pipes with a thickness of 2 mm. The resulting ultrasound image is presented in figure 3, which shows that the lack of penetration exceeded the permissible value of 50% in the area of 2 lines (~ 1 mm).

Погрешность оценки глубины проплавления при экспериментах по предлагаемому способу уменьшилась в два раза по сравнению с определением h по амплитуде принятого сигнала. Кроме того, время определения качества сварного соединения дефектоскопистом по получаемым изображениям снизилась с 3-5 минут до 1 минуты и полностью устраняется субъективность контроля.The error in estimating the depth of penetration in experiments by the proposed method was halved compared to determining h by the amplitude of the received signal. In addition, the time for determining the quality of a welded joint by a flaw detector according to the received images decreased from 3-5 minutes to 1 minute and the subjectivity of control is completely eliminated.

Таким образом, использование предлагаемого двухканального ультразвукового контроля сварных соединений с допустимым технологическим непроваром соединяемых деталей обеспечивает повышение точности и надежности оценки непроваров, а также существенно упрощает работу дефектоскописта.Thus, the use of the proposed two-channel ultrasonic inspection of welded joints with acceptable technological lack of penetration of the parts to be joined provides an increase in the accuracy and reliability of the assessment of lack of penetration, and also greatly simplifies the work of a flaw detector.

Claims

The method of two-channel ultrasonic testing of welded joints with technological lack of penetration of the parts to be joined, which consists in scanning an ultrasonic beam along the profile of the welded joint, registering echo signals, processing the data on a computer and receiving on the display two-dimensional ultrasound images of B-scans of the control zone, characterized in that simultaneously scanned by direct and inclined ultrasonic transducers across the welded joint with a step smaller than the diameter of the ultrasonic beam and register the time of propagation of the echo signals along the first and second channels, the total sequence of two-dimensional images of the sections of the control zone is reconstructed on the display, on which the images of the external and internal surfaces of the welded joint in the form of colored lines are formed from the echo signals of the first channel, the line of the maximum allowable technological failure , as well as the image of the top of the undigested part of the junction and from the signals of the second channel, form a curve with a color code at a given scale, the points of which correspond to the time ennomu position pulses reflected from the top of lack of fusion zone, and by the software calculating a maximum amplitude pulse, designate another of its color, and ultrasound image of the entire volume of weld ends compound obtained in the preceding-scan with the beginning of the next B-scans.